JP2004045213A

JP2004045213A - 電流検出装置

Info

Publication number: JP2004045213A
Application number: JP2002202963A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tokinoya; 時野谷　洋
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】高い精度で、負荷電流を検出することができる電流検出装置を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ１３Ａが、センス抵抗Ｒｓの両端電圧であるセンス電圧Ｖｓに基づき、センス電流Ｉｓを検出し、検出したセンス電流Ｉｓ及びセンス電流ＩｓとパワーＭＯＳトランジスタ１１のコレクタ端子Ｃに流れる電流との電流比に基づき、負荷電流を検出する。ＣＰＵ１３Ａが、コレクタ端子Ｃに所定電流を流したときに、検出されたセンス電流Ｉｓ及び所定電流に基づき、電流比を算出する。ＥＥＰＲＯＭ１４内に、算出した電流比が格納される。ＣＰＵ１３Ａは、ＥＥＰＲＯＭ１４に格納された電流比を用いて、負荷電流を検出する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電流検出装置に係わり、特に、センス端子を有する半導体スイッチ素子を用いて、直流電源から負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述した電流検出装置として、直流電源と負荷との間に設けられるスイッチ素子に、センス端子を有するパワーＭＯＳトランジスタを用いたものが知られている。上記センス端子には、パワーＭＯＳトランジスタのコレクタ端子−エミッタ端子を通じて、直流電源から負荷に供給される負荷電流と比例した少電流（＜負荷電流）が流れる。また、電流検出装置には、パワーＭＯＳトランジスタのコレクタ端子に流れる電流とセンス端子に流れる少電流との電流比が予め記憶されている。
【０００３】
そして、このセンス端子に流れる少電流をセンス抵抗を用いて検出することにより、検出した少電流及び上記電流比に基づき、負荷電流を求めることができる。このようにセンス端子を用いたパワーＭＯＳトランジスタを用いることによって、負荷に直列にセンス抵抗を接続して負荷電流を検出する場合に比べて、センス抵抗に流す電流を小さくすることができ、センス抵抗での発熱量を低く抑えることができるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した電流比は、パワーＭＯＳトランジスタ毎に、ばらつきがある。また、上記電流比は、雰囲気温度によってもばらつく。このため、従来の電流検出装置では、記憶された電流比と実際の電流比との間で誤差が生じ、正確に負荷電流を検出することができないという問題があった。特に、検出した負荷電流に基づき、多灯ランプ負荷の１灯断線を検出するような、微少な電流の変動を検出することを目的とした電流検出に用いることが困難となる。
【０００５】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、高い精度で、負荷電流を検出することができる電流検出装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、直流電源と負荷との間に設けられ、前記直流電源側に接続される電源側端子、前記負荷側に接続される負荷側端子、前記電源側端子−前記負荷側端子間の導通状態を制御するための制御端子及び前記電源側端子に流れる電流に比例したセンス電流が流れるセンス端子を有する半導体スイッチ素子を用いて、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出装置であって、前記センス電流が流れるセンス抵抗の両端電圧に基づき、前記センス電流を検出するセンス電流検出手段と、前記検出したセンス電流及び前記センス電流と前記電源側端子に流れる電流との電流比に基づき、前記負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、前記電源側端子に所定電流を流したときに、前記センス電流検出手段によって検出されたセンス電流及び前記所定電流に基づき、前記電流比を算出する電流比算出手段と、前記算出した電流比を格納する格納手段とを備え、前記負荷電流検出手段は、前記格納手段に格納された電流比を用いて、前記負荷電流を検出することを特徴とする電流検出装置に存する。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、センス電流検出手段が、センス抵抗の両端電圧に基づき、センス電流を検出する。負荷電流検出手段が、検出したセンス電流及びセンス電流と電源側端子に流れる電流との電流比に基づき、負荷電流を検出する。電流比算出手段が、電源側端子に所定電流を流したときに、センス電流検出手段によって検出されたセンス電流及び所定電流に基づき、電流比を算出する。格納手段が、算出した電流比を格納する。負荷電流検出手段は、格納手段に格納された電流比を用いて、負荷電流を検出する。
【０００８】
以上の構成によれば、電流検出装置の出荷前に、一度、所定電流を電源側端子に流せば、半導体スイッチ素子毎に電流比を算出することができ、負荷電流検出に用いる電流比と実際の電流比との間で誤差が生じることがない。このため、正確な電流比を用いて電流検出を行うことができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電流検出装置であって、前記所定電流は、前記直流電源の電圧及び前記負荷の電力量に基づき算出した算出負荷電流と等しいことを特徴とする電流検出装置に存する。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、直流電源の電圧及び負荷の電力量に基づき算出した算出負荷電流と等しい所定電流を電源側端子に流して、電流比を算出する。従って、電源側端子に算出負荷電流を流したときの電流比を正確に算出することができ、算出負荷電流付近の電流を正確に検出することができる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電流検出装置であって、温度センサからの出力に基づき、雰囲気温度を検出する温度検出手段と、前記検出した雰囲気温度に基づき、前記格納手段に格納された電流比の温度変化による変動を補正する補正手段とことを特徴とする電流検出装置に存する。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、温度検出手段が、温度センサからの出力に基づき、雰囲気温度を検出する。補正手段が、検出した雰囲気温度に基づき、前記格納手段に格納された電流比の温度変化による変動を補正する。従って、補正手段が電流比の温度変化による変動を補正することにより、電流検出に用いる電流比と実際の電流比との間で温度変化に起因して誤差が生じることがない。このため、正確な電流比を用いて電流検出を行うことができる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、直流電源と負荷との間に設けられ、前記直流電源側に接続される電源側端子、前記負荷側に接続される負荷側端子、前記電源側端子−前記負荷側端子間の導通状態を制御するための制御端子及び前記電源側端子に流れる電流に比例したセンス電流が流れるセンス端子を有する半導体スイッチ素子を用いて、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出装置であって、前記センス電流が流れるセンス抵抗の両端電圧に基づき、前記センス電流を検出するセンス電流検出手段と、前記検出したセンス電流及び前記センス電流と前記電源側端子に流れる電流との電流比に基づき、前記負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、温度センサからの出力に基づき、雰囲気温度を検出する温度検出手段と、前記検出した雰囲気温度に基づき、前記電流比の温度変化による変動を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする電流検出装置に存する。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、センス電流検出手段が、センス電流が流れるセンス抵抗の両端電圧に基づき、センス電流を検出する。負荷電流検出手段が、検出したセンス電流及びセンス電流と電源側端子に流れる電流との電流比に基づき、負荷電流を検出する。温度検出手段が、温度センサからの出力に基づき、雰囲気温度を検出する。補正手段が、検出した雰囲気温度に基づき、電流比の温度変化による変動を補正する。従って、補正手段が電流比の温度変化による変動を補正することにより、電流検出に用いる電流比と実際の電流比との間で温度変化に起因して誤差が生じることがない。このため、正確な電流比を用いて電流検出を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電流検出装置について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の電流検出装置を組み込んだ電源供給装置の一実施の形態を示すブロック図である。同図において、車載バッテリ１０（直流電源）から供給される電源は、パワーＭＯＳトランジスタ１１（半導体スイッチ素子）を介して負荷１２に供給される。
【００１６】
上述したパワーＭＯＳトランジスタ１１は、車載バッテリ１０側に接続されるコレクタ端子Ｃ（電源側端子）、負荷１２側に接続されるエミッタ端子Ｅ（負荷側端子）、コレクタ端子Ｃ−エミッタ端子Ｅ間を導通状態にする駆動電圧が印加されるベース端子Ｂ（制御端子）及びコレクタ端子Ｃに流れる電流に比例したセンス電流Ｉｓが流れるセンス端子Ｓからなる４つの端子を有している。また、上述した負荷１２は、互いに並列に接続された複数のランプ負荷（図示せず）から構成されている。
【００１７】
上述したベース端子Ｂは、抵抗Ｒ１を介してマイクロコンピュータ１３（以下、μＣＯＭ１３）に接続されている。このため、μＣＯＭ１３は、パワーＭＯＳトランジスタ１２のベース端子Ｂに対する駆動電圧の印加を制御することにより、負荷１２に供給される電源のオンオフ制御が行える。
【００１８】
また、上述したセンス端子Ｓは、センス抵抗Ｒｓを介して、接地されている。そして、このセンス端子Ｓとセンス抵抗Ｒｓとの接点が、上記μＣＯＭ１３に接続されている。つまり、μＣＯＭ１３には、センス電流Ｉｓに応じたセンス電圧Ｖｓが供給される。
【００１９】
また、上述したμＣＯＭ１３は、予め設定される制御プログラムに従って動作するＣＰＵ１３Ａ、該ＣＰＵ１３Ａの制御プログラムなどを格納し読出専用メモリであるＲＯＭ１３Ｂ及びＣＰＵ１３Ａでの各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読出書込自在のメモリであるＲＡＭ１３Ｃなどを内蔵し、これらが図示しないバスラインによって相互接続されている。また、μＣＯＭ１３には、不揮発性のメモリであるＥＥＰＲＯＭ１４（格納手段）が接続されている。
【００２０】
さらに、μＣＯＭには、例えば、＋５Ｖ電圧を、雰囲気温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタＳＡと、抵抗Ｒ２とで分圧して得た、温度信号Ｓ１が供給されている。このことから、サーミスタＳＡ及び抵抗Ｒ２が、温度センサを構成することが明らかとなる。
【００２１】
上述した構成の電源供給装置の動作について以下説明する。まず、上記電源供給装置の出荷前に、定電流源回路などを用いて、パワーＭＯＳトランジスタ１１のコレクタ端子Ｃに、算出負荷電流（つまり、車載バッテリ１０のバッテリ電圧、負荷１２の電力量により算出した負荷電流）と等しい所定電流を強制的に流す。次に、図示しないモード変更スイッチの操作を行って、上記電源供給装置内のＣＰＵ１３Ａの状態を、電流検出処理などを行う通常モードから、コレクタ端子Ｃに流れる電流とセンス端子Ｓに流れるセンサ電流Ｉｓとの電流比を算出する電流比算出モードに移行させる。
【００２２】
以下、電流比算出モードにおける、電源供給装置の動作について、図２のＣＰＵ１３Ａのフローチャートを参照して説明する。まず、μＣＯＭ１３内のＣＰＵ１３Ａは、センス電流検出手段として働き、センス抵抗Ｒｓの両端電圧であるセンス電圧Ｖｓを取り込み、取り込んだセンス電圧Ｖｓに基づき、センス電流Ｉｓを検出する（ステップＳ１０）。
【００２３】
その後、ＣＰＵ１３Ａは、電流比算出手段として働き、予めＥＥＰＲＯＭ１３内に記録されている所定電流（＝算出負荷電流）と、上記検出したセンス電流Ｉｓとに基づき、電流比を算出し、算出した電流比を基準電流比としてＥＥＰＲＯＭ１３内に格納する（ステップＳ１１）。また、μＣＯＭ１３は、温度信号Ｓ１を取り込んで、取り込んだ温度信号Ｓ１に基づき、このときの雰囲気温度を検出し、検出した雰囲気温度を基準温度としてＥＥＰＲＯＭ１３内に格納した後（ステップＳ１２）、通常モードに移行する。
【００２４】
通常モードへの移行後、ＣＰＵ１３Ａは、定期的に、負荷１２に流れる電流を検出する負荷電流検出処理を行う。次に、上述した負荷電流検出処理における、電源供給装置の動作について、図３のＣＰＵ１３Ａのフローチャートを参照して説明する。
【００２５】
まず、ＣＰＵ１３Ａは、温度検出手段として働き、温度信号Ｓ１を取り込み、取り込んだ温度信号Ｓ１に基づき、現在の雰囲気温度を検出する（ステップＳ２０）。そして、ＣＰＵ１３Ａは、補正手段として働き、ＥＥＰＲＯＭ１３内に格納した基準電流比、基準温度及び現在の雰囲気温度を、例えば、予め定めた温度補正式に代入するなどして、雰囲気温度の変動による電流比の変化を補正した電流比を求め、ＥＥＰＲＯＭ１３内に真の電流比として格納する電流比補正処理を行う（ステップＳ２１）。
【００２６】
次に、ＣＰＵ１３Ａは、センス電流検出手段として働き、センス電圧Ｖｓを取り込んで、取り込んだセンス電圧Ｖｓに基づき、センス電流Ｉｓを検出する（ステップＳ２２）。その後、ＣＰＵ１３Ａは、負荷電流検出手段として働き、検出したセンス電流Ｉｓ及びＥＥＰＲＯＭ１３内に格納した真の電流比に基づき、コレクタ端子Ｃに流れる電流、すなわち、負荷電流を検出する（ステップＳ２３）。
【００２７】
また、ＣＰＵ１３Ａは、上記負荷電流検出処理により検出した負荷電流に基づき、過電流を検出したり、負荷１２内に備えられた複数のランプ負荷の断線及び断線数を検出したりする。
【００２８】
以上の電流検出装置を組み込んだ電源供給装置によれば、出荷前に、一度、所定電流をコレクタ端子Ｃに流し、パワーＭＯＳ半導体スイッチ１１毎に電流比を算出することができ、負荷電流検出に用いる電流比と実際の電流比との間で誤差が生じることがない。このため、正確な電流比を用いて電流検出を行うことができるので、高い精度で、負荷電流を検出することができる。
【００２９】
ところで、ランプ負荷の断線検出は、複数のランプ負荷の何れかが断線すると、負荷１２の合成抵抗が増加し、負荷電流が減少することに着目して行われる。つまり、過電流や、断線などの異常が生じていない正常時の負荷電流（＝算出負荷電流）からの微少な電流減少を検出して、ランプ負荷の断線を検出している。このため、正確にランプ負荷の断線を検出するには、算出負荷電流付近の電流を正確に検出する必要がある。上述した電流検出装置を組み込んだ電源供給装置によれば、コレクタ端子Ｃに、算出負荷電流を流したときの電流比を正確に算出することができ、算出負荷電流付近の電流を正確に検出することができるので、ランプ負荷の断線検出に最適となる。
【００３０】
また、ＣＰＵ１３Ａが、電流比補正処理にて、電流比の温度変化による変動を補正することにより、電流検出に用いる電流比と実際の電流比との間で温度変化に起因して誤差が生じることがない。このため、正確な電流比を用いて電流検出を行うことができるので、より一層、高い精度で、負荷電流を検出することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、電流検出装置の出荷前に、一度、所定電流を電源側端子に流せば、半導体スイッチ素子毎に電流比を算出することができ、負荷電流検出に用いる電流比と実際の電流比との間で誤差が生じることがない。このため、正確な電流比を用いて電流検出を行うことができるので、高い精度で、負荷電流を検出することができる電流検出装置を得ることができる。
【００３２】
請求項２記載の発明によれば、電源側端子に算出負荷電流を流したときの電流比を正確に算出することができ、算出負荷電流付近の電流を正確に検出することができるので、多灯ランプ負荷の断線検出に最適な電流検出装置を得ることができる。
【００３３】
請求項３記載の発明によれば、補正手段が電流比の温度変化による変動を補正することにより、電流検出に用いる電流比と実際の電流比との間で温度変化に起因して誤差が生じることがない。このため、正確な電流比を用いて電流検出を行うことができるので、より一層、高い精度で、負荷電流を検出することができる電流検出装置を得ることができる。
【００３４】
請求項４記載の発明によれば、補正手段が電流比の温度変化による変動を補正することにより、電流検出に用いる電流比と実際の電流比との間で温度変化に起因して誤差が生じることがない。このため、正確な電流比を用いて電流検出を行うことができるので、高い精度で、負荷電流を検出することができる電流検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電流検出装置を組み込んだ電源供給装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】電流比算出モードにおける図１の電源供給装置を構成するＣＰＵ１３Ａの処理手順を示すフローチャートである。
【図３】負荷電流検出処理における図１の電源供給装置を構成するＣＰＵ１３Ａの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０　　車載バッテリ（直流電源）
１１　　パワーＭＯＳトランジスタ（半導体スイッチ素子）
１２　　負荷
１２Ａ　ＣＰＵ（センス電流検出手段、負荷電流検出手段、電流比算出手段、温度検出手段、補正手段）
Ｃ　　　コレクタ端子（電源側端子）
Ｅ　　　エミッタ端子（負荷側端子）
Ｂ　　　ベース端子（制御端子）
Ｓ　　　センス端子

Claims

直流電源と負荷との間に設けられ、前記直流電源側に接続される電源側端子、前記負荷側に接続される負荷側端子、前記電源側端子−前記負荷側端子間の導通状態を制御するための制御端子及び前記電源側端子に流れる電流に比例したセンス電流が流れるセンス端子を有する半導体スイッチ素子を用いて、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出装置であって、
前記センス電流が流れるセンス抵抗の両端電圧に基づき、前記センス電流を検出するセンス電流検出手段と、
前記検出したセンス電流及び前記センス電流と前記電源側端子に流れる電流との電流比に基づき、前記負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記電源側端子に所定電流を流したときに、前記センス電流検出手段によって検出されたセンス電流及び前記所定電流に基づき、前記電流比を算出する電流比算出手段と、
前記算出した電流比を格納する格納手段とを備え、
前記負荷電流検出手段は、前記格納手段に格納された電流比を用いて、前記負荷電流を検出する
ことを特徴とする電流検出装置。
請求項１記載の電流検出装置であって、
前記所定電流は、前記直流電源の電圧及び前記負荷の電力量に基づき算出した算出負荷電流と等しい
ことを特徴とする電流検出装置。
請求項１又は２記載の電流検出装置であって、
温度センサからの出力に基づき、雰囲気温度を検出する温度検出手段と、
前記検出した雰囲気温度に基づき、前記格納手段に格納された電流比の温度変化による変動を補正する補正手段と
を備えたことを特徴とする電流検出装置。
直流電源と負荷との間に設けられ、前記直流電源側に接続される電源側端子、前記負荷側に接続される負荷側端子、前記電源側端子−前記負荷側端子間の導通状態を制御するための制御端子及び前記電源側端子に流れる電流に比例したセンス電流が流れるセンス端子を有する半導体スイッチ素子を用いて、前記負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出装置であって、
前記センス電流が流れるセンス抵抗の両端電圧に基づき、前記センス電流を検出するセンス電流検出手段と、
前記検出したセンス電流及び前記センス電流と前記電源側端子に流れる電流との電流比に基づき、前記負荷電流を検出する負荷電流検出手段と、
温度センサからの出力に基づき、雰囲気温度を検出する温度検出手段と、
前記検出した雰囲気温度に基づき、前記電流比の温度変化による変動を補正する補正手段と
を備えたことを特徴とする電流検出装置。